Module ASR4 ASR40 Réseaux informatiques Contenu 1. Introduction 2. Réseaux locaux Ethernet et IEEE 802.3 3. Architecture TCP/IP : Protocole IP 4. Architecture TCP/IP : Protocole TCP 5. Réseaux locaux virtuels (VLANs) Volume : 7,5 h Cours, 10 h TD, 10 h TP Coefficients : contrôle continu = 10, contrôle partiel = 16 Année 2007-2008 1
Module ASR-4 Réseaux informatiques Chapitre 1 IUT2- Dpt informatique Introduction Notions générales Année 2007-2008 2
1. Introduction 1.1. Notions fondamentales Réseau, station, nœud, lien, topologie Protocole, service, adressage, format d'échange, flux 1.2. Normalisation, architectures normalisées OSI, TCP/IP 1.3. Réseaux locaux : Ethernet, WiFi, Bluetooth 1.4. Réseaux étendus Réseaux de transport et réseau d'accès, Internet 1.5. Définitions Année 2007-2008 3
1. Composants d'un réseau réseau de l'abonné réseau d'accès réseau d'infrastructure de l'opérateur télévision ordinateur box ligne d'abonné DSLAM routeur routeur vers les autres réseaux : INTERNET station : équipement utilisateur d'un réseau : ordinateur, télévision, téléphone, etc. nœud : équipement d'interconnexion : commutateur, routeur, «box», DSLAM, etc. lien : support de transmission : paire téléphonique, onde radio, câble optique, etc. Année 2007-2008 4
Architecture réseaux et protocole Organisation des fonctions réalisées dans un réseau sous forme d'une architecture en niveaux Chaque niveau est défini par : Les entités logicielles ou matérielles qui implantent les fonctions. Les protocoles qui fixent la structure des données et les règles d'échange entre les entités. Architecture (simplifiée) définie en trois niveaux de base : niveau application : message niveau acheminement : paquet niveau transmission : trame Année 2007-2008 5
Architecture en 3 niveaux niveau fonction unité de données application acheminement transmission Réalisation des échanges entre les composants de l'application. ex: serveur web et client navigateur Transport de bout en bout des données des applications avec la qualité de service requise (fiabilité, sécurité, synchronisation). Acheminement à travers le réseau. ex : routage IP, transport TCP. Transmission sur chaque lien. Détection des erreurs, gestion du partage et de l'accès aux liens. ex: Ethernet, Wifi, WDM message (ex : mail, requête /réponse HTTP) paquet (ex : datagramme IP, segment TCP) trame (ex : trame Ethernet, cellule ATM, trame PPP) Année 2007-2008 6
Niveaux de protocole Exemple des protocoles HTPP/TCP/IP Protocole HTTP : règles d'échange des requêtes/ réponses Client http requêtes/réponses http serveur http TCP : règles d'échange des segments TCP client TCP segments TCP serveur TCP datagrammes IP IP : règles d'échange des datagrammes IP pour assurer le routage programme IP programme IP programme IP programme IP liaisons de données : transmission sur les supports liaison Ethernet, PPP, etc. liaison Ethernet, PPP, etc. Année 2007-2008 7
Adressage dans les réseaux adresse «réseau» : identification des équipements par une adresse IP : indépendante de la localisation, définie hiérarchiquement à partir d'une adresse réseau et de l'adresse de la machine dans ce réseau : IPv4 (sur 32 bits) : 194.62.123.43 IPv6 (sur 128 bits) : 1fff:0000:0a88:85a3:0000:0000:ac1f:8001 adresse «physique» (des stations, des routeurs, etc.) : adresses MAC sur 48 bits : 00:C0:4F:26:E1:CF adresse interne au réseau : (ex. circuit virtuel ATM) adresse de niveau application : numéro de port (niveau transport) ex: port 80 (HTTP) identifiants utilisés dans les applications : adresse mail, uri, nom dns, etc. Année 2007-2008 8
Encapsulation des données information information <---------- UD : Unité de données ---------> UD : Unités de Données de chaque niveau (trame, paquet = datagramme ou segment, message). Le champ «information» ou «payload» contient l'unité de Données du niveau supérieur. L'en-tête de chaque UD contient les données supplémentaires nécessaires à la réalisation du protocole : adresses, numéros, commandes, etc. Année 2007-2008 9
Fonctions générales d'un réseau Définition du mode de communication : avec/sans connexion Encapsulation et fragmentation des UD à transmettre Contrôle d'erreur : détection d'erreur physique ou logique (UD manquante) correction d'erreur : automatique ou par retransmission. Contrôle de flux : adaptation de l'émission aux capacités de réception. Contrôle de congestion : gestion au mieux des ressources internes du réseau pour assurer la transmission des flux de façon fluide et selon la qualité de service requise. Partage du/des liens : gestion des accès en fonction des demandes et/ou multiplexage des flux. Année 2007-2008 10
2. Organismes de normalisation Importance : pour communiquer, il faut s'entendre... Complexité technologique et convergence de métiers différents : informatique, télécommunication, téléphonie, télévision, audio... Principales organisations de normalisation : ISO : International Standardisation Organisation (http://www.iso.ch) ITU : International Telecommunication Union (http://www.itu.ch) IEEE : Institute of Electrical and Electronics Engineers (http://www.ieee.org) IETF : Internet Engineering Task Force (http://www.ietf.org) Année 2007-2008 11
Autres structures de standardisation Associations professionnelles : Le consortium W3C (http://www.w3.org) : normes relatives au web. Le forum WiMAX (http://www.wimaxforum.org) Le forum DSL (http://www.adsl.com) : lignes d'accès haut débit. Agences de réglementation : ARCEP : (http://www.arcep.fr) Agence de Régulation des Communications Électroniques et de la Poste, ex- ART CNIL : (http://www.cnil.fr) Commission Nationale Informatique et Libertés Année 2007-2008 12
Architecture OSI Open Systems Interconnexion Objectif : architecture de référence Application Acheminement Transmission 7 Application 6 Présentation 5 Session 4 Transport 3 Réseau 2 Liaison 1 Physique Année 2007-2008 13
Interconnexion OSI Seuls les 3 premiers niveaux sont mis en œuvre dans les nœuds d'interconnexion (commutateurs, routeurs, ponts, etc.) Système d'exploitation Station : Pile protocolaire 7 Application 6 Présentation Station : Pile protocolaire 7 Application 6 Présentation Système d'exploitation 5 Session 5 Session 4 Transport 4 Transport 3 Réseau 3 3 3 Réseau matériel CIR 2 Liaison 1 Physique 2 1 réseau d'interconnexion 2 1 2 Liaison 1 Physique matériel CIR Année 2007-2008 14
Architecture TCP/IP Application 7 Application Message Acheminement Niveau OSI Niveau TCP/IP 4 Transport 3 Réseau Unité de données Paquet de transport (segment) Paquet de réseau (datagramme) Transmission - Interface Trame Principaux services et protocoles Messagerie (SMTP,POP,IMAP), transfert de fichiers (FTP, SSH/SFTP), connexion à distance (TELNET,SSH), Web (HTTP) Bases d'informations (LDAP,Postgres, MySQL) Acheminement de processus à processus communications port à port (TCP,UDP) Acheminement de station à station: routage IP Ethernet, WiFi, ATM, etc. Année 2007-2008 15
3. Réseaux locaux caractéristiques : localisation, accès privé technologies principales : Ethernet, WiFi topologie : arborescente ou étoile mode de transmission des signaux : diffusion, commutation mode de partage du support : par compétition (avec risque de collision) ou de façon contrôlée (centralisée) standardisation par l'ieee : couche LLC «Logical Link Control» pour assurer les fonctions communes comme le contrôle de flux (norme 802.2) couche MAC «Medium Access Control» qui définit le format des trames, et la méthode d accès au médium : normes 802.3 (Ethernet), 802.11 (WiFi), Année 2007-2008 16
Réseaux locaux par diffusion de signal (a) diffusion dans un réseau WiFi (b) diffusion dans un réseau Ethernet Année 2007-2008 17
Réseaux locaux par commutation réseau local Ethernet avec commutateurs le commutateur décode la trame pour la rediriger uniquement vers le port du destinataire topologie en arbre Année 2007-2008 18
4. Réseaux étendus caractéristiques : zone de répartition des stations, accès privé ou public, interconnexion (Internet) structure : réseau d'accès et réseau de transport (réseau d'infrastructure) technologies : d'accès : «boucle locale» (RTC, ADSL) d'infrastructure : multiplexage WDM sur fibres optiques structure d'internet : réseaux privés réseaux des FAI «Fournisseurs d'accès à Internet» (services + accès Internet) réseaux de transit «backbones» Année 2007-2008 19
5. Notions indispensables Rappels sur les unités et les codages Notions sur la transmission support temps de transmission et débit Notions de liaison types de liaison fonctions caractéristiques temporelles Année 2007-2008 20
Rappel sur les unités Unités de temps : seconde : s milliseconde : ms (0,001 s) : 10-3 s microseconde : μs (0,000 001 s) : 10-6 s nanoseconde : ns (0,000 000 001 s) : 10-9 s Volume de données (émises, reçues) : bit : b, ou octet : o. bit (bit en anglais) et octet (Byte en anglais) : 1 octet = 8 bits Kilobit Kb ou KiloByte KB (1 000) : 10 3 Méga Mb ou MegaByte MB (1 000 000) : 10 6 Giga Gb (1 000 000 000) : 10 9 Tera Tb (1 000 000 000 000) : 10 12!! Débits : niveau transmission en b/s, niveau application en B/s Année 2007-2008 21
Rappel sur les codages Codage binaire : puissances de 2 (2 4 = 16, 2 8 = 256, 2 10 = 1024) conversions décimal <-> base deux (pour adresses IP) Codage des caractères : ASCII, ISOLatin1, Unicode... Codage hexadécimal : 0 0000 0 9 1001 9 chiffre hexa valeur binaire valeur décimale A 1010 10 B 1011 11 C 1100 12 D 1101 13 E 1110 14 F 1111 15 Année 2007-2008 22
Notion de support de transmission Propriétés attendues : Débit, qualité de service (taux d'erreur, synchronisation...) Facilité d'utilisation : connexion, mobilité Sécurité, intégrité, confidentialité Types de support : Paire torsadée de fils de cuivre, incluse dans un câble métallique => signal électrique Fibre optique, incluse dans un câble optique => signal lumineux tout ou rien Onde radio (> 2 Ghz) => onde électromagnétique Autres : câble coaxial, CPL (courant porteur en ligne) Année 2007-2008 23
Caractéristiques des supports Portée : distance sur laquelle le signal transmis n'est pas trop perturbé pour pouvoir être décodé par le récepteur. Vitesse de propagation des signaux ondes : vitesse de la lumière = 300 000 km/s câbles : ~ 2/3 de la vitesse de la lumière = 200 000 km/s. Bande passante : intervalle de fréquences sur lequel le signal est correctement transmis. Sensibilité aux perturbations électromagnétiques câbles électriques, ondes radio fibres optiques pas sensibles -> transmission possible sur longues distances et à très grand débit Année 2007-2008 24
Notion de débit binaire Débit binaire De = nombre de bits émis par seconde Unités : b/s Kilo Kb/s (1000) : 10 3 b/s Méga Mb/s (1 000 000) : 10 6 b/s Giga Gb/s (1 000 000 000) : 10 9 b/s Tera Tb/s (1 000 000 000 000) : 10 12 b/s Sur une liaison, le débit à la réception est égal au débit à l'émission (pas de stockage intermédiaire) Notion de «débit utile» Du = fraction du débit De correspondant au transport des informations (payload). Remarque : les débits sont parfois donnés en octet/s (Byte/s) : B/s, KB/s Année 2007-2008 25
Notion de liaison ensemble d'équipements (liens, amplificateurs, modems, convertisseurs, commutateurs, hubs, etc.) et de protocoles qui permettent l'échange de données appelées trames entre deux (ou plus) stations. trame encodée en un signal Station A Station B trame encodée en un signal Année 2007-2008 26
Propriétés des liaisons Topologie bipoint /multipoint émission point à point : support en paire de fil (boucle locale), en fibre optique ou onde radio longue distance (réseaux d'infrastructure) émission multipoint, à destination de plusieurs stations : support en paire de fil (Ethernet) ou onde radio (WiFi) Mode de transmission simplex/duplex simplex : flux dans un seul sens (ex. diffusion radio) duplex : flux possible dans les 2 sens half-duplex : de façon alternée (cas du multipoint Ethernet, WiFi) full-duplex : avec 2 liens, multiplexage fréquentiel ou avec annulation d'écho Année 2007-2008 27
Protocole de liaison Un protocole de liaison définit les règles d'échange de trames entre stations reliées par une liaison : gestion du mode de connexion : mode connecté (ouverture/ fermeture) ou non connecté (pas de connexion préalable à la transmission) gestion de l'accès au support en mode multipoint contrôle des erreurs de transmission : détection par code détecteur d'erreur contrôle de flux pour éviter que l'émetteur n'envoie plus vite que la capacité de réception du récepteur Année 2007-2008 28
Caractéristiques temporelles Te : Temps d'émission, dépend du débit Tp : Temps de propagation, dépend de la vitesse de propagation du signal Tt : Temps de transfert, temps de transmission de bout en bout Te = N / De Tp = L / Vp Tt = Te + Tp N : nombre de bits de la trame L : longueur du support Année 2007-2008 29
Glossaire IUT2- Dpt informatique ADSL ATM CPL De DSLAM Ethernet FAI HTTP Internet IP LLC MAC OSI PPP RTC TCP UD UDP WDM WiFi Année 2007-2008 30